一种石墨烯材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：（1）取浓度为0.1~2mg/L的氧化石墨烯悬浮液，按氧化石墨烯与硝酸固液比为1mg:1～10mL的比例搅拌加入硝酸，在20～50℃条件下超声反应0.5~2小时，制得氧化石墨烯-硝酸混合溶液；（2）将氧化石墨烯-硝酸混合溶液用去离子水洗涤后干燥，然后将得到的干燥氧化石墨烯-硝酸粉末放入马弗炉中，在惰性气体氛围下，500~700℃还原反应0.5~3小时，最后得到石墨烯材料。本发明专利技术还公开了上述制备方法制得的石墨烯材料。本发明专利技术制备方法通过添加硝酸引入大量的含氧官能团羰基，明显地提高了石墨烯材料的电化学性能，同时本发明专利技术制备方法操作简单，易于工业化。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：（1）取浓度为0.1~2mg/L的氧化石墨烯悬浮液，按氧化石墨烯与硝酸固液比为1mg:1～10mL的比例搅拌加入硝酸，在20～50℃条件下超声反应0.5~2小时，制得氧化石墨烯-硝酸混合溶液；（2）将氧化石墨烯-硝酸混合溶液用去离子水洗涤后干燥，然后将得到的干燥氧化石墨烯-硝酸粉末放入马弗炉中，在惰性气体氛围下，500~700℃还原反应0.5~3小时，最后得到石墨烯材料。本专利技术还公开了上述制备方法制得的石墨烯材料。本专利技术制备方法通过添加硝酸引入大量的含氧官能团羰基，明显地提高了石墨烯材料的电化学性能，同时本专利技术制备方法操作简单，易于工业化。【专利说明】
本专利技术涉及石墨烯材料合成领域，尤其是。
技术介绍
随着各种新能源的发展，便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。目前商品化的锂离子电池大多采用无机正极/石墨体系，虽然这类体系的电化学性能优异，但是由于其本身容量较低(如磷酸铁锂的理论170mAh/g)，制备工艺复杂，成本高。所以开发新型的其它种类的电极材料受到了人们的广泛的重视。石墨烯材料作为一种具有高比表面积、导电性强等优点的碳材料，是制备锂离子电池的电极材料的理想材料，石墨烯材料的电化学反应机制是:放电时每个羰基上的氧原子得一个电子，同时嵌入锂离子生成烯醇锂盐；充电时锂离子脱出，羰基还原，通过羰基和烯醇结构之间的转换实现锂离子可逆地嵌入和脱出。但是目前制备石墨烯羰基含量较低，大大限制了石墨烯材料在锂离子 电池中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种方便简单、易于实现工业化的石墨烯制备方法，同时为克服石墨烯材料中的羰基含量较低问题，提供一种含羰基含量高的石墨烯材料。本专利技术解决上述技术问题所采用的方案是:第一方面，本专利技术提供了一种石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:(I)取浓度为0.r2mg/L的氧化石墨烯悬浮液，按氧化石墨烯与硝酸固液比为Img:1~IOmL的比例搅拌加入硝酸，在20~50°C条件下超声反应0.5^2小时，制得氧化石墨烯-硝酸混合溶液；(2)将氧化石墨烯-硝酸混合溶液用去离子水洗涤后干燥，然后将得到的干燥氧化石墨烯-硝酸粉末放入马弗炉中，在惰性气体氛围下，50(T70(TC还原反应0.5~3小时，最后得到石墨烯材料。羰基的电化学反应机制是:放电时每个羰基上的氧原子得一个电子，同时嵌入锂离子生成烯醇锂盐；充电时锂离子脱出，羰基还原，通过羰基和烯醇结构之间的转换实现锂离子可逆地嵌入和脱出。本专利技术制备方法通过添加硝酸引入大量的含氧官能团羰基，更多的羰基可以直接参与锂电池的氧化还原反应，提高了锂电池的电化学容量，且制备工艺简单，成本低。优选地，所述硝酸的浓度为50%~70%。优选地,步骤(2)所述惰性气体为氩气、氮气、氦气或氖气。优选地，所述氧化石墨烯悬浮液的制备方法为:首先，通过改进的Hmnmers法制备氧化石墨；然后，将氧化石墨在120°C条件下真空干燥24小时，得脱水氧化石墨；最后，将脱水氧化石墨放入水中，超声形成氧化石墨烯悬浮液；其中,通过改进的Hmnmers法制备得到氧化石墨步骤如下:按质量比2:1:1的比例取石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷加入80°C的浓硫酸搅拌均匀后冷却6~10小时，过滤干燥，然后将滤渣加入到0°C的浓硫酸中，再加入高锰酸钾，混合后保持混合液的温度为O~10°C，接着在35~40°C油浴2~3小时；加入去离子水，15~30分钟后再向混合液中加入过氧化氢趁热抽滤，依次用稀盐酸和去离子水对固体物进行洗涤，抽滤并干燥固体物，得到氧化石墨；所述石墨粉与所述0°C的浓硫酸的固液比为Ig: 10~15mL ;所述石墨粉与所述高猛酸钾的质量比为1:3~5 ;高猛酸钾与过氧化氢的固液比为Ig:40~5OmLο优选地，所述石墨粉的纯度为90%~99.5%。本专利技术制备方法通过添加硝酸引入大量的含氧官能团羰基，在电池充放电过程中，羰基官能团直接进行氧化还原反应，提高了电池的容量，改善了石墨烯材料的电化学性能，是一种方便简单、易于实现工业化的石墨烯材料制备方法。第二方面，本专利技术提供了一种石墨烯材料，所述石墨烯材料是通过上述制备方法制得的。本专利技术制备方法通过添加硝酸引入大量的含氧官能团羰基，羰基的含量为5%~15%，而一般方法制备的石墨烯材料中羰基含量< 2%，因此，本专利技术制备得到的石墨烯材料具有更高的羰基含量，具有更好的电化学性能。相比与现有技术，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术制备方法通过添加硝酸引入大量的含氧官能团羰基，使石墨烯材料具有优良的电化学性能，同时 本专利技术制备方法简单，原料廉价易得，适合大规模的工业化生产。【具体实施方式】以下所述是本专利技术的优选实施方式。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和调整，这些改进和调整也视为在本专利技术的保护范围内。实施例一一种石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:(I)将纯度为90%的石墨粉通过改进的Hummers法制备得到氧化石墨，具体方法为:按质量比2:1: I的比例取石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷加入80°C的浓硫酸搅拌均匀后冷却6小时，过滤干燥，然后将滤渣加入到0°C的浓硫酸中，再加入高锰酸钾，混合后保持混合液的温度为0°C，接着在35°C油浴2小时；加入去离子水，15分钟后再向混合液中加入过氧化氢趁热抽滤，依次用稀盐酸和去离子水对固体物进行洗涤，干燥固体物后得到氧化石墨。所述石墨粉与所述(TC的浓硫酸的固液比为lg:1OmL ;所述石墨粉与所述高锰酸钾的质量比为1:3 ;高锰酸钾与过氧化氢的固液比为lg:40mL。然后在120°C条件下真空干燥24小时，得脱水氧化石墨；(2)将脱水氧化石墨放入水中，超声形成0.lmg/L的氧化石墨烯悬浮液，然后搅拌加入50%的硝酸(氧化石墨烯与加入的硝酸的固液比为lmg: lmL)，在20°C条件下超声反应0.5h，制得氧化石墨烯-硝酸混合溶液；(3)将氧化石墨烯-硝酸混合溶液用去离子水冲洗至洗出液的pH为7后放入烘箱中，60°C干燥2小时，然后将得到的干燥氧化石墨烯-硝酸粉末放入马弗炉中，在氩气惰性气氛下500°C高温下还原0.5h，得到石墨烯材料。实施例二一种石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:(I)将纯度为99.5%的石墨粉通过改进的Hummers法制备得到氧化石墨，具体方法为:按质量比2:1: I的比例取石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷加入80°C的浓硫酸搅拌均匀后冷却10小时，过滤干燥，然后将滤渣加入到0°C的浓硫酸中，再加入高锰酸钾，混合后保持混合液的温度为20°C，接着在40°C油浴3小时；加入去离子水，30分钟后再向混合液中加入过氧化氢趁热抽滤，依次用稀盐酸和去离子水对固体物进行洗涤，干燥固体物后得到氧化石墨。所述石墨粉与所述(TC的浓硫酸的固液比为lg:15mL ;所述石墨粉与所述高锰酸钾的质量比为1:5 ;高猛酸钾与过氧化氢的固液比为lg:50mL。然后在120°C条件下真空干燥24小时，得脱水氧化石墨；(2)将脱水氧化石墨放入水中，超声形成2mg/L的氧化石墨烯悬浮液，然后搅拌加入70%的硝酸(氧化石墨烯与加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）取浓度为0.1~2mg/L的氧化石墨烯悬浮液，按氧化石墨烯与硝酸固液比为1mg:1～10mL的比例搅拌加入硝酸，在20～50℃条件下超声反应0.5~2小时，制得氧化石墨烯‑硝酸混合溶液；（2）将氧化石墨烯‑硝酸混合溶液用去离子水洗涤后干燥，然后将得到的干燥氧化石墨烯‑硝酸粉末放入马弗炉中，在惰性气体氛围下，500~700℃还原反应0.5~3小时，最后得到石墨烯材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，钟玲珑，王要兵，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44